摘要：某220kV线路#27 转角塔B相（中相）故障，结合故障天气、现场巡视及设备情况、跳线风偏计算、校验做出分析，确认该次故障是由跳线安装弧垂过大造成风偏距离不足，引起线路故障。
关键词：输电线路；跳线；风偏放电；计算分析
引言
输电线路是电力系统的重要组成部分，在线路运维中，线路风偏故障占比较大。线路发生疑似风偏故障后，可根据故障发生时的气象数据及故障时设备的相关参数，通过计算风偏放电间隙[1]准确的分析故障原因，本文通过采用风偏计算的方法证实某220kV线路故障原因是由于跳线安装弧垂过大风偏后不足造成的。
1故障简介
1.1故障情况
某220kV输电线路B相（中相）故障，现场发现该线路#27铁塔B相导线耐张串小号侧挂点第一片瓷瓶钢帽及直角挂板等金具连接处有明显的放电痕迹，同时发现小号侧跳线弧垂最低点处有放电灼伤痕迹，见图1中圈起的为放电点的位置。
图1 跳线结构及放电点位置
1.2天气情况
温度 2℃～-5℃，风力6级以上，瞬时风力达到7～8级，风向与线路走向成45度角，最大风速19.6米/秒。
2故障原因分析
2.1初步推断故障原因
现场故障原因初步推断是因直观的跳线安装弧垂过大，风偏后电气间隙不足造成线路故障，但由于故障时最大风速19.6米/秒，而设计风速为30米/秒，所以为了能够准确查找故障原因，故对现场的故障设备参数及电气间隙、跳线弧垂等相关数据进行收集，通过跳线风偏计算进行核实。
2.2故障现场设备相关参数、数据
该线路为单回输电线路，#27转角塔（干字型），转角度数为3°49′，设计风速30米/秒。B相跳线绝缘子串为双串XWP-70×14瓷质绝缘子，单片瓷瓶重Aj =5.4kg，跳线型号2×LGJ-240/30上下垂直排列，跳线截面A= 275.96mm2，直径d=21.6mm，故障发生时最大风速v=19.6m/s，风与线路走向夹角约45°，即风向与跳线放电点切线近乎垂直。现场测量数据：跳线整串长度为2634mm，跳线最低点（接近跳线放电点）弧垂约为1600mm，放电瓷瓶钢帽距跳线放电点水平距离约为2150mm。
2.3风偏计算
2.3.1计算跳线绝缘子串风偏后引起的跳线放电点的风偏水平距离
首先计算由跳线绝缘子串风偏后引起的跳线放电点风偏水平距离，该跳线放电点的风偏距离是由跳线绝缘子串及跳线共同受风力作用引起的，所以假设跳线绝缘子串及跳线风偏后处于静止状态，根据力矩平衡公式（1）-（3）得风偏角计算公式（4）[2]。
（1）
Pd= g4ALh（2）Gd= g1ALv（3）
（4）
Pj=9.8（n+1）Ajv2/16（5）g1=qg/A×10-3（6）
g4=βcαfµscdWv/Asinθ×10-3（7）Wv=v2/1.6（8）
式中：Pd-跳线风荷载；Pj-跳线串风荷载；Wv-基本风压；Gd-跳线串两侧跳线弧垂最低点之间重量；Gj-绝缘子串及金具重量；g1-跳线自重比载；g4-跳线风压比载；Lh-跳线受风长度；Lv-跳线串两侧跳线弧垂最低点之间线长；A-跳线截面积；Aj-单片绝缘子受风面积，双裙0.04m2；n-毎串绝缘子片数；v-风速。
根据该线路#27塔B相跳线安装为上下排列双跳线，因此该跳线自重及风压为单根跳线2倍，根据式（4）-（8）[2]得跳线绝缘子串风偏角：
φ=arctan〔（2g4ALh+Pj/2）/（2g1ALv+Gj/2）〕
= arctan｛〔2（βcαfµscdWv/Asinθ×10-3）ALh + 2（9.8（n+1）Ajv2/16）/2〕/〔2（qg/A×10-3）ALv+2Gj/2〕｝=37°51′47″
跳线整串长2634mm，所以跳线串跳线挂点处风偏后的水平距离2634×sin37°51′47″=1616.7mm，跳线在耐张绝缘子串上的挂点不动，所以跳线在风偏过程中的轨迹近似于等腰三角形，而跳线弧垂最低点近于在该跳线的中间，所以跳线绝缘子串风偏后所引起的跳线弧垂最低点的水平距离为1616.7mm/2=808.3mm。
2.3.2计算跳线本身受风力作用引起的风偏水平距离
计算跳线自身受风力作用引起的风偏水平距离，计算线跳线风偏角，跳线风偏后静止时，跳线任意一点的风偏角相同，因此跳线弧垂最低点风偏角计算公式为式（9）：
φ=arctan（g4/g1）= arctan（βcαfµscdWv/Asinθ×10-3）/（qg/A×10-3）=28°12′56″
现场检查跳线弧垂约为1600mm，导线跳线风偏后弧垂最低点的水平距离为1600×sin28°12′56″=756.5mm。
2.3.3风偏距离校验
由跳线绝缘子串风偏和跳线本身风偏所引起的水平距离808.3+756.5=1564.8mm，现场测量放电瓷瓶钢帽距跳线的放电点水平距离为2150mm，跳线风偏后水平方向放电间隙校验2150-1564.8=585.2mm＞556mm（220kV输电线路正常运行电压放电距离），跳线风偏后水平方向放电间隙已非常接近线路正常运行电压下的放电距离。
图2 放电间隙圆示意图
3故障原因结论
根据上述风偏计算结果绘制放电间隙圆示意图2，计算结果虽然受事故现场测量数据误差和故障时气象环境瞬间变化的影响，但根据上述计算方法及跳线风偏后的放电间隙已非常接近220kV输电线路正常运行电压的放电距离的计算结果，可以得出本次220kV某线路故障最终原因是#27“干”字型塔为小转角铁塔，中相跳线对塔身侧距离较近，虽然线路故障时最大风速小于设计风速，但是在跳线安装过程中未能够按照设计要求控制跳线弧垂，擅自加长跳线的制作长度，导致跳线的弧垂过大，在大风的作用下造成跳线及跳线串风偏向塔身侧上扬后，跳线摇摆幅度过大，与挂线点的瓷瓶钢帽的最小空气间隙不能满足线路正常运行电压下556mm的安全距离而引起空气击穿，产生工频电弧放电，造成线路故障，符合故障的初步原因推断。
4建议
4.1线路施工过程中，注意线路跳线安装的规范性，保证跳线安装工艺符合设计要求，强化跳线安装的验收，严把验收质量关。
4.2加强对在运的输电线路自身稳定性的调查，对地处微地形、微气象区或存在类似跳线风偏故障地区的线路，尤其是一些跳线装置松弛、间隙问题的线路，可结合相关测量数据结合当地近年的气象数据，通过跳线装置风偏计算来确定是否存在跳线风偏故障的可能性，根据计算结果采取相应的措施如更换防风偏绝缘子、部分金具及调整跳线长度等措施预防风偏故障的发生。
参考文献：
[1] 王超.因风偏引起线路跳闸的事故[J].科技创新导报，2015，65（2）：65-66.
[2] 赵先德.输电线路基础[M].北京.中国电力出版社.2010.
论文作者:田云龙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/13
标签：跳线论文; 故障论文; 线路论文; 绝缘子论文; 距离论文; 间隙论文; 风速论文; 《电力设备》2018年第8期论文;